無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試

在世界范圍內，主要工業(yè)國家都在迅速消減有鉛焊接制造工藝，其中包括PCB組件。無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試 ，許多公司也盡可能快地放棄有鉛焊接工藝。一些公司充分利用這一形勢，無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試作為加強其消費者市場(chǎng)的主要手段。 　

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　無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試 幾乎使PCB組件的方方面面都受到了影響，包括測試和檢測，測試手段。這里，我們著(zhù)重論述無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試問(wèn)題，以及無(wú)鉛焊接給自動(dòng)光學(xué)檢測，測試(AOI)、自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測，測試(AXI)以及在線(xiàn)測試(ICT)等主要測試和檢測，無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試帶來(lái)的影響。 　　

    禁止使用鉛焊料的趨勢促使電子制造商和工業(yè)組織，如NEMI和IPC等，開(kāi)始考慮轉變傳統的錫-鉛焊接化學(xué)方法，尋求新的出路。泰瑞達公司參加了NEMI公司的“北美無(wú)鉛焊接組件萬(wàn)山錫業(yè)，無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試 藍圖”、“無(wú)鉛混合組件和返修項目”的制定，并加入了IPC 7-32焊接檢測，測試能力標準委員會(huì )。 　　

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   大部分電子業(yè)同行為實(shí)現無(wú)鉛焊接，正在向錫-銀-銅合金家族轉型。NEMI公司推薦了一種用于回流焊Sn3.9Ag0.6Cu(+/-0.2%)和用于波峰焊的Sn0.7Cu“工業(yè)標準”無(wú)鉛合金。然而，隨著(zhù)許多工藝的變化，應慎重考慮，采用更合適的配料比例，以適合更大范圍的應用，使這種指定的合金既符合產(chǎn)品的營(yíng)銷(xiāo)要求，又經(jīng)濟實(shí)用�！　�

回流溫度 　　無(wú)鉛焊配料具有較高的熔點(diǎn)，可能會(huì )使元件與/或組件損壞。按照無(wú)鉛焊接概念，SnAgCu的熔點(diǎn)溫度從183℃提高到近217℃，峰值溫度高達260℃。通過(guò)較長(cháng)時(shí)間的預加熱可以使高溫得到適當降低。修復溫度也受到影響，有些部件的修復溫度可達280℃。這種較高溫度下使用的元件必須進(jìn)行資格認證，未經(jīng)認證的元件要求進(jìn)行手工組裝。 　　 　　

光學(xué)檢測，測試問(wèn)題 　　檢測，測試無(wú)鉛焊接基本上與檢測，測試常規的有鉛焊接沒(méi)有什么區別。無(wú)鉛焊接的焊點(diǎn)外形看起來(lái)與傳統的錫-鉛焊點(diǎn)十分相似。檢測，測試屬于哪種類(lèi)型的焊接，關(guān)鍵是找到正確判斷每種外形視覺(jué)特征的檢測，測試機理。 　　然而，無(wú)鉛和有鉛焊接的焊點(diǎn)從外表看還是有些差別的，并影響AOI系統的正確性。無(wú)鉛焊點(diǎn)的條紋更明顯，并且比相應的有鉛焊點(diǎn)粗糙，這是由于從液態(tài)到固態(tài)的相變造成的。因此，這類(lèi)焊點(diǎn)看起來(lái)顯得更粗糙、不平整。另外，無(wú)鉛焊料的表面張力較高，不像有鉛焊料那么容易流動(dòng)，形成的圓角形狀也不盡相同。這些視覺(jué)上的差異要求對AOI設備和軟件重新校準。舉例來(lái)說(shuō)，某些有鉛焊接AOI系統中設置的“自動(dòng)通過(guò)值”可能與無(wú)鉛焊接存在輕微的差別�！　�

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如果當前正使用人工檢測，測試儀，并考慮轉換為AOI系統，正是合適的機會(huì )，因為此時(shí)人工檢測，測試儀必須進(jìn)行“重新校準”�！　�

無(wú)鉛焊檢測，測試的工業(yè)研究結論 　　2002年泰瑞達公司資助成立了國家物理研究室(NPL)，對AOI系統的無(wú)鉛焊檢測，測試能力進(jìn)行了獨立評估。NPL是英國國家標準實(shí)驗室，是獨立的測量和材料科學(xué)研究、開(kāi)發(fā)和知識轉換中心，在國際上享有很高的聲譽(yù)。 　　NPL對“無(wú)鉛表面安裝組件自動(dòng)光學(xué)檢測，測試系統的比較”這一課題進(jìn)行了研究，并在2002年7月公布了研究結果，旨在判斷無(wú)鉛焊接組件自動(dòng)光學(xué)檢測，測試系統是否存在問(wèn)題。 　　供研究使用的測試對象是一種專(zhuān)門(mén)為此次研究制作的單色組件，一次制作了許多，有的有缺陷，有的沒(méi)有缺陷。組件包括許多不同的焊接類(lèi)型。每個(gè)組件包含近100個(gè)元件以及1400多個(gè)無(wú)鉛焊點(diǎn)。設計的元件類(lèi)型包括0.4mm節距256腳QFP，0.5mm節距TSOP，以及0402電阻。缺陷類(lèi)型包括漏焊元件、未對準元件、尺寸正確但參數錯誤的元件、不良焊點(diǎn)、錯誤極性元件、焊接橋，以及焊接不平整元件等。參加AOI系統評估研究的有六個(gè)不同的制造商，其中包括泰瑞達公司。對無(wú)鉛組件和常規有鉛組件的檢測，測試使用相同的軟件算法。研究表明，對無(wú)鉛焊PCB的評估結果與有鉛PCB相同，甚至更優(yōu)。兩者的錯誤檢測，測試率也十分相似。需要進(jìn)行的測試次數與測試對象是否含鉛無(wú)關(guān)�！　�

研究表明，雖然在不同設備上測試結果略有差別，但大多AOI系統可以用于無(wú)鉛表面安裝組件的檢測，測試。有些使用彩色算法和依賴(lài)單色攝像機的系統在評估無(wú)鉛焊點(diǎn)時(shí)會(huì )遇到問(wèn)題。實(shí)踐證明，采用AOI系統對焊接分析時(shí)，不必用彩色圖像，單色圖像已包含了焊接分析所必需的全部信息。但使用彩色圖像進(jìn)行無(wú)鉛缺陷的檢測，測試效果更好，例如焊接橋和不良焊點(diǎn)等�！　�

自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測，測試問(wèn)題 　　無(wú)鉛焊接技術(shù)，檢測，測試我們發(fā)現，無(wú)鉛焊的球形焊點(diǎn)中虛焊增多。無(wú)鉛焊的焊接密度較高，可以檢測，測試出焊接中出現的裂縫和虛焊。銅、錫和銀應屬于“高密度”材料，因此，像鉛這類(lèi)材料阻礙X射線(xiàn)的照射。所以，有必要對X射線(xiàn)系統進(jìn)行重新校準，但是所有的X射線(xiàn)檢測，測試公司-無(wú)論他們生產(chǎn)手動(dòng)還是自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測，測試系統-都說(shuō)自己的設備對于檢測，測試無(wú)鉛焊接沒(méi)有問(wèn)題，但是為了進(jìn)行優(yōu)良焊接的特性表征、監控組裝工藝，以及進(jìn)行最重要的焊點(diǎn)結構完整性分析，對設備的檢測，測試要求有所提高�！　�

無(wú)鉛焊對ICT的影響 　　前面已提到，錫合金是一種無(wú)鉛焊選擇，然而，錫焊會(huì )出現“金屬須”現象-即小的金屬凸起，伸出焊點(diǎn)或焊盤(pán)之外。這類(lèi)須狀物可能生長(cháng)的很長(cháng)，使兩個(gè)焊區的電流過(guò)大，出現短路，引起設備故障。采用在線(xiàn)測試可以很容易地發(fā)現這一問(wèn)題，但錫須的生長(cháng)可能需要一定的時(shí)間，這可能是一個(gè)長(cháng)期存在的可靠性問(wèn)題。許多組織正在積極努力，如NEMI公司正在使用不同的錫合金，試圖最大限度地減少這種現象的發(fā)生。 　　

為了優(yōu)化無(wú)鉛焊接的回流工藝，我們增加了焊劑的使用量，在非清洗環(huán)境，隨著(zhù)接觸電阻的增大，可能污染探針頭，對設備性能有損。因此，要求加強對設備的維護工作，或者把探針頭改換為更尖銳的類(lèi)型。但是，更尖的探針頭可能與無(wú)鉛焊的脆性發(fā)生沖突，引起損傷。由于無(wú)鉛焊的脆性，在對測試設備中組件的彎曲特性加以限制時(shí)要加倍小心�！　》敌扌迯蛦�(wèn)題 　　最后要考慮的問(wèn)題是無(wú)鉛焊對返修和修復工作的影響。無(wú)鉛合金的熔解需要較高的溫度。如果組件上的元件尺寸較大，會(huì )出現較高的熱耗散，因此應對元件進(jìn)行預加熱。由于采用無(wú)鉛焊接，并且在裸PCB片中去除了某種阻燃劑，修復時(shí)要求的高溫可能會(huì )損壞元件與/或組件。上面提到，NEMI公司正在通過(guò)“無(wú)鉛混合組件與返修項目”研究這些問(wèn)題。許多公司也都在努力減少或消除PCB組裝線(xiàn)的缺陷，建立“零缺陷”組裝線(xiàn)。

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